Ultrasone extractie van Quillaja-saponinen
- Saponine-extracten van de boom Quillaja saponaria Molina zijn de belangrijkste bron van saponinen voor industriële toepassingen.
- Ultrasone extractie van Quillaja-saponinen levert saponinen van hoge kwaliteit op.
- Ultrasone extractie is een zeer efficiënte methode om in korte tijd hoge opbrengsten aan Quillaja-saponine-extract te verkrijgen.
Quillaja-saponine-extract
Quillaja-saponine-extract (synoniemen: quillaia-extracten, bois de Panama, extracten van Panamaschors, quillai-extracten, extracten van Quillay-schors, extracten van zeepschors) is een stof die wordt geëxtraheerd uit de boom Quillaja Saponaria Molina (Q. saponaria). Het Quillaja-extract bestaat uit meer dan 100 triterpenoïde saponinen. De belangrijkste aanwezige saponinen zijn glycosiden van quillajazuur. Andere belangrijke bestanddelen zijn polyfenolen en tanninen, evenals kleine hoeveelheden zouten en suikers. Quillaja-extract wordt verkregen door waterige extractie van de gemalen binnenschors of het hout van gesnoeide stammen en takken van de boom Quillaja saponaria. Omdat Quillaja-saponine-extracten zowel oppervlakteactieve stoffen als fenolische verbindingen bevatten, zijn ze buitengewoon interessant voor de formulering van gevoelige functionele voedingsingrediënten en hun bescherming tegen oxidatie.
Het gebruik van saponinen als natuurlijke emulgatoren neemt aanzienlijk toe door de groeiende vraag naar gezonde, natuurlijke producten zonder synthetische additieven. Quillaja-saponinen zijn uitstekende emulgatoren voor O/W-emulsies en nano-emulsies en hebben zeer goede effecten laten zien in verschillende formuleringen, zoals dranken en oliemengsels. Een veelvoorkomende toepassing van Quillaja-saponine-extract is het emulgeren van CBD-oliën, doorschijnende dranken en opgeschuimde voedingsmiddelen. Quillaja-saponinen kunnen afzonderlijk of in combinatie met andere emulgatoren worden gebruikt.
Q-Naturale® is een voedingsadditief op basis van saponinen uit Quillaja-schors dat door de FDA is goedgekeurd als effectieve emulgator voor voedingsmiddelen en dranken. Naast hun toepassing als emulgator worden Quillaja-saponinen in farmaceutische formuleringen gebruikt vanwege hun antibacteriële, antivirale, antischimmel-, antiparasitaire, antitumorale, hepatoprotectieve en immunoadjuvante eigenschappen.
- Superieure opbrengst
- Snelle extractie – binnen enkele minuten
- Extracten van hoge kwaliteit – mild, niet-thermisch
- Groen oplosmiddel (d.w.z. water)
- Kosteneffectief
- Eenvoudige en veilige bediening
- Lage investerings- en bedrijfskosten
- 24/7-bedrijf onder zware belasting
- Groene, milieuvriendelijke methode
Ultrasone batchextractie van plantaardig materiaal in 120L met UIP2000hdT en roerwerk
Casestudy over ultrasone extractie van saponinen uit Quillaja
Om een hoogwaardig Quillaja-extract te bereiden dat de gewenste functionaliteiten als voedingsadditief en farmaceutisch additief biedt, moeten de actieve fytochemicaliën, namelijk saponinen, worden geïsoleerd. Het Quillaja-saponine is een triterpeensaponine dat uit de schors van de zeepboom wordt geïsoleerd. Ultrasone cavitatie bevordert de extractie door het contact tussen vaste stoffen en vloeistof te verbeteren en de massaoverdracht te verhogen.
Cares et al. tonen in hun onderzoek duidelijk aan dat ultrasoon ondersteunde extractie (UAE) het extractieproces van bioactieve bestanddelen uit Quillaja Saponaria Molina kan verbeteren. Ze gebruikten Quillaja-hout- en schorssnippers en extraheerden de saponinen in water met behulp van sonicatie, zodat het eindproduct uitsluitend natuurlijke ingrediënten en grondstoffen bevat en in productieprocessen voor voedingsmiddelen kon worden gebruikt. Bij deze niet-thermische extractiemethode werd de extractietemperatuur tijdens de sonicatie constant op 20ºC (68ºF) gehouden. De extractieopbrengsten namen aanzienlijk toe wanneer de sonicatieduur van 10 tot 30 minuten werd verlengd. De opbrengsten na 20 minuten bij 20ºC met ultrasoon ondersteunde extractie waren vergelijkbaar met die van de conventionele methode met 3 uur extractie bij 60ºC.
Ultrasone apparaten worden gebruikt om langdurig stabiele o/w-emulsies te bereiden, waarbij Quillaja-saponine-extract wordt gebruikt om de emulsie fysisch en chemisch te stabiliseren. Klik hier om meer te lezen over ultrasoon emulgeren!
Ultrasone extractoren met hoge prestaties
Hielscher Ultrasonics is gespecialiseerd in de productie van ultrasone processoren met hoge prestaties voor de productie van hoogwaardige extracten uit plantaardig materiaal.
Het brede productportfolio van Hielscher varieert van kleine, krachtige sonicatoren voor laboratoria tot robuuste tafelmodellen en volledig industriële systemen die ultrasoon geluid met hoge intensiteit leveren voor de efficiënte extractie en isolatie van bioactieve bestanddelen (bijv. quercetine, cafeïne, curcumine, terpenen enz.). Alle ultrasone apparaten van 200W tot 16.000W zijn voorzien van een kleurendisplay voor digitale bediening, een geïntegreerde SD-kaart voor automatische gegevensregistratie, afstandsbediening via een browser en nog veel meer gebruiksvriendelijke functies. De sonotroden en doorstroomcellen (de onderdelen die in contact komen met het medium) kunnen worden geautoclaveerd en zijn eenvoudig te reinigen. Al onze sonicatoren zijn gebouwd voor 24/7-bedrijf, vereisen weinig onderhoud en zijn eenvoudig en veilig te bedienen.
Een digitaal kleurendisplay maakt een gebruiksvriendelijke bediening van de ultrasone apparatuur mogelijk. Onze systemen kunnen lage tot zeer hoge amplitudes leveren. Voor de extractie van chemische verbindingen zoals astaxanthine bieden wij speciale ultrasone sonotroden (ook bekend als ultrasone probes of hoorns) die zijn geoptimaliseerd voor de behoedzame isolatie van hoogwaardige werkzame stoffen. De robuustheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher maakt 24/7-bedrijf onder zware belasting en in veeleisende omgevingen mogelijk.
De nauwkeurige regeling van de ultrasone procesparameters garandeert reproduceerbaarheid en processtandaardisatie. De geautomatiseerde ultrasone extractiesystemen van Hielscher op industriële schaal zijn ontworpen voor hoge productiecapaciteiten van extracten van superieure kwaliteit en verminderen tegelijkertijd de benodigde arbeid, kosten en het energieverbruik.
De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze sonicatoren:
| Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 1 tot 500mL | 10 tot 200mL/min | UP100H |
| 10 tot 2000mL | 20 tot 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 tot 20L | 0,2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100L | 2 tot 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 tot 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | hoger | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op! / Stel ons uw vragen!
Literatuur/referenties
- M. G. Cares, Y. Vargas, L. Gaete, J. Sainz, J. Alarcón (2009): Ultrasonically assisted Extraction of bioactive principles from Quillaja Saponaria Molina. International Congress on Ultrasonics, Universidad de Santiago de Chile, January 2009.
- J. Deise Fleck, A. Heemann Betti, F. Pereira da Silva, E. A. Troian, C. Olivaro, F. Ferreira, S. Gasparin Verza (2019): Saponins from Quillaja saponaria and Quillaja brasiliensis: Particular Chemical Characteristics and Biological Activities. Molecules. 2019 Jan; 24(1): 171.
- K. Kaur, R. Kumar, S.K. Mehta (2015): Formulation of saponin stabilized nanoemulsion by ultrasonic method and its role to protect the degradation of quercitin from UV light. Ultrasonics Sonochemistry 31, 2015.
- R.R.T. Majinda (2012): Extraction and Isolation of Saponins. In: Satyajit D. Sarker and Lutfun Nahar (eds.), Natural Products Isolation, Methods in Molecular Biology, Vol. 864, 2012.
- N. Riquelme, R.N. Zúñiga, C. Arancibia (2019): Physical stability of nanoemulsions with emulsifier mixtures: Replacement of tween 80 with quillaja saponin. LWT – Food Science and Technology 111, 2019. 760-766.
Wetenswaardige feiten
Over de Quillaja-boom en zijn saponinen
De boom Quillaja Saponaria Molina, ook bekend als de Zuid-Amerikaanse zeepboom, groeit van nature en op grote schaal in Chili. De Quillaja Saponaria-boom (familie Rosaceae) is een grote groenblijvende boom met een dikke schors, die inheems is in verschillende Zuid-Amerikaanse landen, met name Bolivia, Chili en Peru.
Quillaja-saponine-extract bevat voornamelijk saponinen, maar ook polyfenolen, tanninen en kleine hoeveelheden zouten en suikers. De Quillaja-saponinen zijn moleculen die zijn opgebouwd uit een triterpeenkern met twee suikerketens. Deze suikerketens geven saponinen een hydrofiele eigenschap (= oplosbaar in water), terwijl de triterpeenkern hydrofoob (= waterafstotend) is. Door deze eigenschappen is het een ‘amphotic tenside’, waardoor saponinen niet-ionische oppervlakteactieve stoffen zijn die de oppervlaktespanning kunnen verlagen, hydrofobe producten in waterige oplossingen kunnen solubiliseren en micro-/nano-emulsies kunnen vormen.
Bij de Quillaja-boom bevat de schors met ca. 5% de hoogste hoeveelheid saponinen, terwijl het hout een saponinegehalte van ca. 2% heeft.
Omdat saponinen natuurlijke stoffen met goede schuimvormende en emulgerende eigenschappen zijn, worden ze vaak gebruikt als schuimvormers in de voedingsmiddelen-, dranken- en bierindustrie, als oppervlakteactieve stof in cosmetica, als additieven in agrochemicaliën en diervoeders en als adjuvantia in vaccins.
De Quillaja-extracten worden geproduceerd door waterige extractie; bij de productie worden geen andere oplosmiddelen gebruikt. Het eindproduct, hetzij een ruw of gezuiverd extract, in vloeibare vorm of poedervorm, bevat uitsluitend natuurlijke ingrediënten en grondstoffen die zijn toegestaan voor gebruik in productieprocessen voor voedingsmiddelen. (Cares et al. 2009)
Wat zijn saponinen?
Het woord saponine is afgeleid van het Latijnse woord sapo, dat zeep betekent. Saponinen zijn fytochemicaliën die voornamelijk, maar niet uitsluitend, in planten voorkomen. Ze hebben schuimvormende eigenschappen en bestaan uit polycyclische aglyconen die aan een of meer suikerzijketens zijn gekoppeld. Het aglycongedeelte, dat ook sapogenine wordt genoemd, is een steroïde (C27) of een triterpeen (C30). Het schuimvormende vermogen van saponinen wordt veroorzaakt door de combinatie van een hydrofoob (in vet oplosbaar) sapogenine en een hydrofiel (in water oplosbaar) suikergedeelte. [Majinda, 2012: p. 515] Plantaardige materialen met een hoog saponinegehalte worden van oudsher als emulgatoren gebruikt. Bekende voorbeelden van planten die rijk zijn aan saponinen zijn de zeepboom (Quillaja saponaria; Rosaceae), zeepkruid (Saponaria officinalis; Caryophyllaceae) en shikakaipoeder (Gleditsia sinensis; Leguminosae). Saponinen zijn amfipathische glycosiden met een hoog molecuulgewicht, waarvan de structuur een of meer hydrofiele glycosidegroepen bevat die zijn gecombineerd met een lipofiel triterpeenderivaat. Vooral in de farmaceutische industrie hebben saponinen veel aandacht gekregen vanwege hun uiteenlopende biologische eigenschappen, waaronder hun vermogen om een immuunrespons te stimuleren, waardoor ze uitstekende kandidaten voor adjuvantia zijn.
Alles wat u moet weten over ultrasone extractie
Ultrasoon ondersteunde extractie (UAE), ook sono-extractie genoemd, is een zeer efficiënte, groene extractiemethode om bioactieve stoffen zoals eiwitten, vitaminen, polyfenolen, natuurlijke pigmenten, lipiden enz. uit plantaardige matrices te isoleren. Ultrasone extractie is gebaseerd op het werkingsprincipe van akoestische cavitatie.
Wanneer intense ultrasone golven op vloeistofsystemen worden toegepast, treedt akoestische cavitatie op: het verschijnsel waarbij vacuümbellen ontstaan, groeien en uiteindelijk imploderen (zie onderstaande afbeelding). Tijdens de voortplanting van de ultrasone golven oscilleren en groeien de vacuümbellen totdat ze een punt bereiken waarop ze geen verdere energie kunnen absorberen. Op het hoogtepunt van hun groei imploderen ze hevig, wat plaatselijk thermische, mechanische en chemische effecten veroorzaakt. De mechanische effecten omvatten hoge drukken tot 1000atm, turbulentie en intense afschuifkrachten. Deze krachten breken celwanden open en bevorderen de massaoverdracht tussen het inwendige van de cel en het oplosmiddel, waardoor bioactieve verbindingen vrijkomen in de omringende vloeistof (d.w.z. het oplosmiddel).
Ultrasone extractie is gebaseerd op akoestische cavitatie en de bijbehorende hydrodynamische afschuifkrachten
Ultrasone vast-vloeistofextractie van verbindingen uit plantaardig materiaal en celweefsel is uitgebreid onderzocht. De toepassing van ultrasone golven met zeer hoge intensiteit bevordert extractieprocessen aanzienlijk. Naast procesintensivering – die resulteert in hogere opbrengsten en een kortere extractietijd – worden thermische afbraak en verlies van temperatuurgevoelige bestanddelen voorkomen, omdat sonicatie een niet-thermische behandeling is. Bovendien heeft ultrasone extractie lage investerings- en bedrijfskosten, vermindert ze het gebruik van oplosmiddelen en/of maakt ze het gebruik van groenere oplosmiddelen mogelijk, waardoor het een economische en milieuvriendelijke extractietechniek is. Omdat ze conventionele extractiemethoden overtreft, is ultrasoon ondersteunde extractie (UAE) uit de voedingsmiddelenindustrie overgenomen om bioactieve stoffen met economische voordelen te produceren.
Ultrasone extractie uit plantencellen: de microscopische dwarsdoorsnede (TS) toont het werkingsmechanisme tijdens ultrasone extractie uit cellen (vergroting 2000x) [bron: Vilkhu et al. 2011]
Ultrasone processoren met hoog vermogen, van laboratorium- tot pilot- en industriële schaal.